本文通過含張開非理想基體裂紋角鋪設(shè)對稱層合板剛度性能和力學(xué)性能的理論模型,考慮粗糙裂紋面間存在阻力的情況下對其材料性能的影響,研究它的有效剪切剛度,使理論結(jié)果更加符合材料的實際測試情況。主要的研究內(nèi)容如下:(1)回顧了復(fù)合材料層合板研究的發(fā)展過程,對主要的理論方法進(jìn)行系統(tǒng)性的綜述,了解層合板的各種損傷機(jī)理和失效形式。(2)給出各向異性復(fù)合材料的基本方程和能量變分原理。單層板由纖維與基體組成,纖維按同一方向分布在基體內(nèi),從宏觀上來看滿足各向異性復(fù)合材料的基本方程,即平衡微分方程、幾何方程和物理方程。(3)對于含張開非理想基體裂紋角鋪設(shè)對稱層合板[q_m90_n]_s,以一般函數(shù)形式設(shè)定層間剪切應(yīng)力,從平衡方程和邊界條件得到了張開裂紋的應(yīng)力分量表達(dá)式,在其基礎(chǔ)上利用最小余能原理,得出張開裂紋的控制方程組,然后通過解析分析求解,最終得出復(fù)合材料對稱層合板的應(yīng)力分布。(4)分析纖維橋聯(lián)對復(fù)合材料層合板剪切模量的影響,通過理論模型數(shù)據(jù)與有限元數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)對比,驗證理論模型的正確性,并計算橋聯(lián)因子對有效剪切模量的影響。非理想張開基體裂紋,裂紋面非光滑并存有纖維橋聯(lián),這對層合板剪切模量的退化影響非常大。確定與評估含張開非理想基體裂紋角鋪設(shè)對稱層合板剪切模量,可以提高其整體強(qiáng)度,合理設(shè)計層合板,增大它的應(yīng)用范圍和延長層合板的使用壽命。
【學(xué)位單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

圖 1-1 含基體橫向裂紋的正交層合板絕大多數(shù)的研究調(diào)查含基體開裂的復(fù)合層合板的性能，假設(shè)裂紋是等間距的，因此分析可以被限制在包含一個裂紋的代表層合板，含橫向開裂的正交鋪設(shè)層合板的單元分析，通常簡化為 Oxz 平面的平面問題，如圖 1-1。1.2.2 分層層與層之間的分離定義為分層。這種分離是由在厚度方向上的拉伸應(yīng)力或作用在與層界面平行的平面上的剪切應(yīng)力所引起的。即便是在二維應(yīng)力狀態(tài)下薄層合板中，該層間應(yīng)力也存在于諸如自由邊緣等幾何不連續(xù)性的情況下，同時也可能由機(jī)械和濕熱載荷引起。更重要的是，內(nèi)部缺陷的應(yīng)力集中如裂縫的尖端使得分層區(qū)域的發(fā)展。在這

（b）圖 3-1（a）含張開基體裂紋角鋪設(shè)對稱層合板單元的幾何模型（b）在1x L處裂紋面的剪切載荷在經(jīng)典的層合板彈性理論的基礎(chǔ)上，對于無損層合板 mns 90在面內(nèi)剪切載荷作用，9 0 層的正應(yīng)力 1x 為拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，因此 90 層內(nèi)基體裂紋有張開和閉合兩種形式。本文主要針對 90 層為受損層，裂紋貫穿受損層的整個厚度，如圖 3-1（a）。含張開基體裂紋角鋪設(shè)對稱層合板 mns 90受平面內(nèi)剪切載荷作用，對于理想裂紋的層合板來說，由于裂紋面光滑，裂紋面間不存在纖維橋聯(lián)，單元邊界載荷主要由偏軸層（2）承擔(dān)，且 90 層裂紋面上無正應(yīng)力和切應(yīng)力。對于非理想裂紋情況，裂紋面非光滑并受纖維橋聯(lián)，考慮到纖維的彎曲對正應(yīng)力的影響非常小，而纖維的拉伸對裂紋面的相對滑移的影響是不可忽視的。因此，可以認(rèn)為含張開型裂紋的層合板，在非理想的裂紋面

碩士學(xué)位論文間剪切應(yīng)力 12zy 的峰值比層間剪切應(yīng)力 12zx 的峰值要大。表明由于剪切應(yīng)力( )=0=012zxz ，面內(nèi)剪切應(yīng)力xy 從 層到 90°層的傳遞主要受層間剪切應(yīng)力 12zy 的影響，因此層間剪切應(yīng)力 12zy 在局部分層過程中起重要作用。從圖 4-6 可以看出層間正應(yīng)力 12z 在裂紋附近是壓應(yīng)力。理想裂紋應(yīng)力分布的分析結(jié)果與 Huang 等人[54]的結(jié)果一致。

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本文編號：2814403